Varför påverkas tryckförstärkningen av fiberglasförstärkning lätt av bildförhållandet? Vilka är de kritiska förutsättningarna för att krossa och dela skador?

Kompressiva prestanda för glasfiberförstärkning påverkas lätt av bildförhållandet, och de kritiska förhållandena för krossning av fel och delning av fel är nära besläktade med materialegenskaper och spänningsfördelning. Följande är en specifik analys:

1 、 Påverkningsmekanismen för bildförhållandet på tryckprestanda

Aspektförhållandet (λ, definierat som förhållandet mellan den effektiva längden på en komponent och minsta rotationsradie för dess tvärsnitt) är en viktig påverkande faktor på tryckprestanda för glasfiberförstärkning, och dess verkningsmekanism är som följer:

Instabilitetseffekt dominerande

Euler -knäckning Kritisk stress: När bildförhållandet ökar minskar den kritiska spänningen i Euler (σ _cr = π ² E/(λ ²)) kraftigt. Till exempel, när λ ökar från 40 till 80, minskar σ _CR från cirka 125 MPa till 31 MPa (förutsatt att E = 40 GPA), vilket är mycket lägre än tryckstyrkan hos glasfiber (vanligtvis 300-500 MPa).

Lägesändring av fel: Korta staplar (λ <50) upplever huvudsakligen krossningssvikt, medan långa staplar (λ> 80) genomgår spännfel på grund av instabilitet. Den faktiska lagerkapaciteten är endast 10% -30% av materialets tryckhållfasthet.

Icke -enhetlighet i spänningsfördelningen

Slutbegränsningseffekt: Under axiell komprimering sker stresskoncentration i slutbegränsningsområdet för den långa förstärkningen, och den tvärgående expansionen av mittområdet hindras på grund av Poissons effekt och bildar ett icke-enhetligt stressfält.

Fiberfrakturgradient: Fiberfraktur i långa staplar sträcker sig från slutet till mitten, och avståndet mellan sprickytor minskar med ökande λ, vilket resulterar i en stegad minskning av lagerkapaciteten.

Materialanisotropiamplifiering

Svag sidoprestanda: Den laterala skjuvhållfastheten hos glasfiberförstärkning (cirka 30-50 MPa) är endast 1/10 av den axiella tryckhållfastheten. När aspektförhållandet ökar, intensifieras motsägelsen mellan sidobegränsningskraven och materialegenskaperna.

Gränssnitt Debonding Acceleration: Gränssnittet som debondation mellan fibrer och matris i långa staplar expanderar från lokalt till totalt, vilket minskar den totala tryckstyvheten.

2 、 Kritiska förhållanden för krossning och splittring

1. Krossningsfel

Triggermekanism: Det inträffar när den axiella tryckspänningen överskrider den mikrostrukturella lagergränsen för glasfiber.

Kritiskt tillstånd:

Stresstillstånd: σ _ axial ≥ σ _ tryckstam (300-500 MPa).

Destruktiva funktioner: Fiberpaket krossning, matrisfragmentering, med ett 45 ° skjuvningsplan i tvärsnitt, åtföljt av intensivt brus.

Begränsning av smalhetsförhållanden: förekommer vanligtvis i korta staplar med λ <50, där instabilitetseffekten kan ignoreras.

2. Dela fel

Triggermekanism: Det inträffar när den laterala dragspänningen överskrider fibermatrisgränssnittsbindningsstyrkan eller materialets draghållfasthet.

Kritiskt tillstånd:

Stresstillstånd: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) eller τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Skadekarakteristik: Flera parallella sprickor genereras längs den axiella riktningen, med en 'kam som ' tvärsnitt och åtföljs av matrisskalning.

Känslighetszon för bildförhållandet: När 50 <λ <80 ökar sannolikheten för att dela fel avsevärt på grund av kopplingseffekten av instabilitet och laterala begränsningar.

3 、 Kriterier för att identifiera destruktiva lägen

Baserat på bildförhållandet λ och materialprestandaparametrar kan kriterier för diskriminering av misslyckanden fastställas:

Kriterier för att identifiera destruktiva lägen

Krossning och förstörelse av λ ≤ λ _cr1 (ungefär 50) och σ _ axial ≥ σ _ comppressive_strend

Splitningsfel: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (cirka 80) och σ _transverse ≥ σ _tensile_strend eller τ _interface ≥ τ _ond_strend

Buckling Failure λ> λ _Cr2 och σ _ Axial <σ _cr (Euler kritisk stress)

4 、 Tekniska applikationsförslag

Kort förstärkningsdesign (λ ≤ 50):

Nyckelkontroll av materialens tryckhållfasthet, med användning av hög modulhartsmatris (E ≥ 50 GPA) för att förbättra anti -instabilitetsförmågan.

Rekommendera en tvärsnittsdiameter på ≥ 20 mm för att undvika lokal krossning.

Armeringsdesign med medellängd (50 <λ≤ 80):

Både tryckhållfasthet och lateral återhållsamhet måste verifieras samtidigt. Det rekommenderas att använda kolfiberlindningsförstärkning eller sandblästring av ytan.

Den minsta skyddsskikttjockleken är ≥ 2,5 gånger diametern för förstärkningsmaterialet för att förhindra uppdelning och expansion.

Lång förstärkningsdesign (λ> 80):

Stabilitetsverifiering måste utföras, eller en sammansatt struktur av stålrörsbegränsad glasfiberförstärkning måste användas.

Begränsa aspektförhållandet till λ ≤ 100 för att undvika Euler -buckling dominerande misslyckande.

5 、 Forskningsgränser

Multiscale -simulering: Med hjälp av en Molecular Dynamics Finite Element -kopplingsmodell avslöjar den konkurrensmekanismen mellan fiberfraktur och gränsytan debonding.

Intelligent övervakning: Utveckla ett stamövervakningssystem baserat på fiber Bragg-graturer för att ge realtidsvarning om tidiga tecken på delning och skador.

Nytt matrismaterial: Utvecklade en självhelande hartsmatris som släpper läkningsmedel genom mikrokapslar för att försena sprickutbredningen.

Kompressionsutformningen för glasfiberförstärkning måste omfattande överväga aspektförhållandet, materialanisotropin och kopplingseffekter av fellägen. Genom raffinerad analys och innovativ design kan dess tillämpningspotential i scenarier med hög efterfrågan såsom marinteknik och seismiska strukturer utvidgas avsevärt.